EP0319648A2 - Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Infusionsspritzenpumpe - Google Patents

Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Infusionsspritzenpumpe Download PDF

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EP0319648A2
EP0319648A2 EP88111730A EP88111730A EP0319648A2 EP 0319648 A2 EP0319648 A2 EP 0319648A2 EP 88111730 A EP88111730 A EP 88111730A EP 88111730 A EP88111730 A EP 88111730A EP 0319648 A2 EP0319648 A2 EP 0319648A2
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EP
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syringe
pressure
infusion
holder
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Jürgen Steger
Franz Seidel
Rolf Heitmeier
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Fresenius SE and Co KGaA
Original Assignee
B Braun Melsungen AG
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16831—Monitoring, detecting, signalling or eliminating infusion flow anomalies
    • A61M5/16854—Monitoring, detecting, signalling or eliminating infusion flow anomalies by monitoring line pressure

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • Pressure infusion apparatus for medical applications which squeeze a syringe to apply medication are known (DE-PS 31 50 623).
  • Such apparatuses have a device which, when a certain piston force of the syringe is exceeded, leads to the generation of an alarm signal or to a shutdown.
  • the signal is generated in the known pressure infusion apparatus in that the fixed holder, on which the syringe cylinder is supported, can perform a sliding movement in the direction of a switch and is biased by a spring in the direction of the driven holder.
  • the known methods do not measure the liquid pressure quantitatively, but rather monitor this pressure or the piston force only in the manner of a limit detector.
  • the invention has for its object to provide a method of the type specified in the preamble of claim 1, which provides reproducible response conditions regardless of the shape and size of the syringe, without the need for a pressure sensor in the liquid system designed as a disposable article.
  • the liquid pressure prevailing inside the syringe barrel is measured quantitatively by measuring the force which is applied by the syringe to one of the holders of the infusion syringe pump.
  • the friction force is subtracted from this force and the subtraction result is multiplied by a value corresponding to the size of the piston area.
  • the friction force and the piston area of the syringe are parameters that are given to the arithmetic unit, for example a microprocessor. These parameters can either be entered individually or a parameter for the syringe is entered into the microprocessor, from which the microprocessor determines the values of the friction force and piston area.
  • the calculator can also consist of a digital or analog circuit.
  • An important advantage of the invention is that the signal for switching off or for alarming is generated not as a function of the piston force but as a function of the fluid pressure, without intervention in the fluid system consisting of the syringe and the infusion line.
  • the syringe and infusion line can therefore consist of cheap disposable items. Since the liquid pressure is calculated quantitatively, the upper limit can be set or changed as desired by entering a corresponding new limit in the arithmetic unit. Therefore, no mechanical adjustments to the infusion syringe pump are required to change the conditions of the signal generation.
  • the pressure-dependent signal generation has the advantage that a certain pressure difference, i.e.
  • An infusion syringe pump operating according to the method according to the invention is therefore suitable for different types of syringes, only the corresponding parameters of the syringe having to be entered into the arithmetic unit.
  • the drive is advanced until the working pressure builds up at the start of the infusion, as a result of which the mechanical play of the drive device of the driven holder is overcome.
  • the infusion at the intended infusion rate only takes place when the liquid pressure has exceeded the lower pressure value.
  • the bolus volume is minimized.
  • the bolus volume is the volume by which the infusion system expands under the influence of the liquid pressure when the infusion line is closed. If this closure is removed, the system relaxes and a dangerous overdose can occur. According to the features of claim 4, the closure pressure is reduced by retracting the drive and thus a bolus is excluded.
  • the syringe 10 is a disposable syringe made of plastic with a syringe cylinder 11 in which the syringe plunger 12 can be moved.
  • the piston rod 13 protrudes from the rear end of the syringe barrel.
  • the syringe 10 is interchangeably arranged between the two holders 16 and 17 of the infusion syringe pump.
  • the holder 16, which supports the syringe breast 14, is fixedly attached to the device, while the holder 17, which supports the piston rod, is movable in the direction of the holder 16 in order to express the contents of the syringe 10.
  • a force sensor 18 is fastened to the holder 17, against which the piston rod 13 presses and which measures the force which is opposed to the holder 17 by the piston 12.
  • the force sensor 18 is connected to the arithmetic unit 19.
  • the constants: piston area A and frictional force Fr of the syringe 10 are entered into the arithmetic unit 19.
  • the calculator receives the quantity Fk of the piston force from the force sensor 18.
  • the fluid pressure P is compared to an upper pressure value P o and the drive of the infusion syringe pump is switched off when P reaches the upper pressure value P o exceeds. This is the case if the infusion line 15 is blocked or kinked.
  • the arithmetic unit 19 also performs a differentiation of the value P and it generates a signal when the value of the derivative P 'of the liquid pressure exceeds an upper limit. In this way, a stop of the plunger 12 against the syringe breast 14 and a complete blockage of the infusion line 15 are recognized early, before the upper pressure value P o is reached.
  • the holder 17 is rapidly moved towards the holder 16 until the liquid pressure P has exceeded a lower limit value P u .
  • the infusion then begins at a feed rate of the holder 17 which corresponds to the intended infusion rate. In this way, mechanical play of the drive device of the holder 17 is overcome.
  • the holder 17 is retracted from the holder 16 until the liquid pressure falls below a lower pressure value. In this way, the stored bolus volume, which is due to the elasticity of the syringe and the infusion line, is reduced without the syringe, however, drawing in liquid from the outside.

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Abstract

Eine Infusionsspritzenpumpe zum Ausdrücken einer medizinischen Spritze (10) weist einen Sensor (18) auf, der die auf den Spritzenkolben (12) oder die Spritzenbrust (14) wirkende Kraft mißt. Aus den Konstanten: Kolbenfläche und Reibkraft wird der Flüssigkeitsdruck berechnet. Bei Überschreiten der voreingestellten Druckabschaltparameter wird Alarm ausgelöst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­begriff des Patentanspruchs 1.
  • Bekannt sind Druckinfusionsapparate für medizinische Anwendungen, die zum Applizieren von Medikamenten eine Spritze ausdrücken (DE-PS 31 50 623). Derartige Apparate weisen eine Einrichtung auf, die bei Über­schreiten einer bestimmten Kolbenkraft der Spritze zur Erzeugung eines Alarmsignals bzw. zur Abschaltung führt. Die Erzeugung des Signals erfolgt bei dem be­kannten Druckinfusionsapparat dadurch, daß der feste Halter, an dem der Spritzenzylinder abgestützt ist, eine Verschiebebewegung in Richtung auf einen Schalter ausführen kann und von einer Feder in Richtung auf den angetriebenen Halter vorgespannt ist. Bei Okklusion der vom Spritzenzylinder zum Patienten führenden Flüssig­keitsleitung oder beim Anstoßen des Kolbens gegen die Zylinderbrust wird durch die auf den Spritzenzylinder ausgeübte Kraft der Halter gegen die Wirkung der Feder verschoben, so daß der Schalter betätigt und Alarm aus­gelöst wird. Dieses Prinzip hat den Nachteil, daß eine aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich ist und daß die Ansprechgenauigkeit gering ist. Das be­kannte System ist mit einem erheblichen Bolusvolumen oder Flüssigkeitsrestvolumen (Weg x Kolbenfläche) be­haftet. Ferner ist nachteilig, daß die Signalerzeugung in Abhängigkeit von der Kolbenkraft erfolgt. Bei Spritzen mit großem Durchmesser ist die Reibkraft zwischen Kolben und Spritzenzylinder größer als bei Spritzen mit kleinem Durchmesser. Außerdem erfordern Spritzen mit großem Durchmesser eine größere Vorschub­kraft des Kolbens, um einen bestimmten für das Aus­treiben der Flüssigkeit erforderlichen Druck zu er­zeugen, als Spritzen mit kleinem Durchmesser. Bei größeren Spritzen wird daher die Kraft, bei der der Schalter anspricht, früher erreicht als bei Spritzen mit kleinem Durchmesser.
  • Ferner ist es bekannt, in die an den Spritzenzylinder angeschlossene Infusionsleitung eine Druckmeßdose ein­zubauen, um den Flüssigkeitsdruck zur Abschaltung der Infusionsspritzenpumpe auszuwerten. Die Spritze und die Infusionsleitung stellen jedoch Einmalartikel dar, die nach Gebrauch fortgeworfen werden. Die Kosten dieser Einmalartikel werden durch die Druckmeßeinrichtung wesentlich erhöht.
  • Die bekannten Verfahren messen den Flüssigkeitsdruck nicht quantitativ, sondern überwachen diesen Druck bzw. die Kolbenkraft lediglich nach Art eines Grenzvert­detektors.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das unabhängig von der Form und Größe der Spritze reproduzierbare Ansprechverhältnisse liefert, ohne daß ein Drucksensor in dem als Einmal­artikel ausgebildeten Flüssigkeitssystem benötigt würde.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­gegebenen Merkmalen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der im Inneren des Spritzenzylinders herrschende Flüssigkeitsdruck quantitativ gemessen, indem die Kraft die einem der Halter der Infusionsspritzenpumpe von der Spritze ent­gegengesetzt wird, gemessen wird. Von dieser Kraft wird die Reibkraft subtrahiert und das Subtraktionsergebnis wird mit einem der Größe der Kolbenfläche ent­sprechenden Wert multipliziert. Die Reibkraft und die Kolbenfläche der Spritze sind Parameter, die dem Rechen­werk, z.B. einem Mikroprozessor, vorgegeben werden. Diese Parameter können entweder einzeln eingegeben werden oder es wird eine Kenngröße für die Spritze in den Mikroprozessor eingegeben, aus der der Mikro­prozessor die Werte von Reibkraft und Kolbenfläche er­mittelt. Das Rechenwerk kann auch aus einer Digital- oder Analogschaltung bestehen.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Erzeugung des Signals zur Abschaltung oder zur Alarmgabe nicht in Abhängigkeit von der Kolbenkraft, sondern in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck erfolgt, ohne daß ein Eingriff in das aus Spritze und Infusions­leitung bestehende Flüssigkeitssystem erforderlich wäre. Spritze und Infusionsleitung können daher aus billigen Einmalartikeln bestehen. Da der Flüssigkeits­druck quantitativ errechnet wird, kann der obere Grenz­wert beliebig eingestellt oder verändert werden, indem ein entsprechender neuer Grenzwert in das Rechenwerk eingegeben wird. Es sind daher keine mechanischen Ver­stellungen an der Infusionsspritzenpumpe erforderlich, um die Bedingungen der Signalerzeugung zu verändern. Die druckabhängige Signalerzeugung hat den Vorteil, daß eine bestimmte Druckdifferenz, d.h. eine Erhöhung des Drucks gegenüber dem Betriebsdruck, zur Alarmerzeugung bzw. Abschaltung der Infusionsspritzenpumpe führt, un­abhängig von den Querschnittsabmessungen der Spritze. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Infusionsspritzenpumpe ist daher für verschiedene Arten von Spritzen geeignet, wobei lediglich die ent­sprechenden Parameter der Spritze in das Rechenwerk eingegeben werden müssen.
  • Nach dem Merkmal des Patentanspruchs 2 erfolgt eine zeitliche Differenzierung des Signals des Flüssigkeits­drucks bzw. es wird die Ableitung des Signals des Flüssigkeitsdrucks gebildet. Auf diese Weise kann ein plötzlicher Anstieg des Flüssigkeitsdrucks oder auch das Anstoßen des Kolbens an die Zylinderbrust ermittelt werden. Es wird also der Gradient des Flüssigkeits­drucks gebildet und ein plötzliches Ansteigen dieses Drucks bewirkt das Abschalten, selbst wenn die absolute Größe des Drucks noch unter dem oberen Druckwert liegt. Der Leerzustand der Spritze wird dadurch früher erkannt als im Falle einer nur druckabhängigen Überwachung. Dies ist insbesondere bei sehr kleinen Infusionsraten und niedriger Vorschubgeschwindigkeit des angetriebenen Halters wichtig, weil bei einer kraftabhängigen oder druckabhängigen Signalerzeugung der Aufbau des An­schlagdrucks des Kolbens an der Zylinderbrust eine er­hebliche Zeit erfordert, in der keine Flüssigkeit mehr aus dem Zylinder herausgepreßt wird. Auch ein durch Verschluß der Infusionsleitung hervorgerufener Druck­anstieg wird frühzeitig erkannt.
  • Gemäß Anspruch 3 wird bei Infusionsbeginn der Antrieb bis zum Aufbau des Arbeitsdrucks vorgefahren, wodurch das mechanische Spiel der Antriebseinrichtung des an­getriebenen Halters überwunden wird. Die Infusion mit der vorgesehenen Infusionsrate erfolgt erst, wenn der Flüssigkeitsdruck den unteren Druckwert überschritten hat.
  • Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird das Bolusvolumen minimiert. Das Bolusvolumen ist dasjenige Volumen, um das sich das Infusionssystem unter Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes, bei Vorliegen eines Verschlusses der Infusionsleitung, aufweitet. Wird dieser Verschluß beseitigt, so entspannt sich das System und es kann eine gefährliche Überdosierung eintreten. Nach den Merkmalen des Anspruchs 4 wird der Verschlußdruck durch Zurückfahren des Antriebs abgebaut und eine Bolusgabe somit ausgeschlossen.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Er­findung näher erläutert.
  • In der Zeichnung ist eine in eine Infusionsspritzen­pumpe eingesetzte Spritze schematisch dargestellt.
  • Die Spritze 10 ist eine Einmalspritze aus Kunststoff mit einem Spritzenzylinder 11, in dem der Spritzen­kolben 12 verschiebbar ist. Die Kolbenstange 13 ragt aus dem rückwärtigen Ende des Spritzenzylinders heraus. Am vorderen Ende des Spritzenzylinders 11 befindet sich die Spritzenbrust 14 und ein Hals, an den die zum Patienten führende Infusionsleitung 15 angeschlossen ist.
  • Die Spritze 10 ist zwischen den beiden Haltern 16 und 17 der Infusionsspritzenpumpe auswechselbar angeordnet. Der Halter 16, der die Spritzenbrust 14 abstützt, ist fest an dem Gerät angebracht, während der Halter 17, der die Kolbenstange abstützt in Richtung auf den Halter 16 bewegbar ist, um den Inhalt der Spritze 10 auszudrücken. Am Halter 17 ist ein Kraftsensor 18 be­festigt, gegen den die Kolbenstange 13 drückt und der die Kraft mißt, welche dem Halter 17 vom Kolben 12 ent­gegengesetzt wird. Der Kraftsensor 18 ist an das Rechen­werk 19 angeschlossen.
  • Dem Rechenwerk 19 werden die Konstanten: Kolbenfläche A und Reibkraft Fr der Spritze 10 eingegeben. Vom Kraft­sensor 18 empfängt das Rechenwerk die Größe Fk der Kolbenkraft. Aus diesen Größen berechnet das Rechenwerk den Flüssigkeitsdruck P nach der Formel
    P = (Fk - Fr) A.
  • Der Flüssigkeitsdruck P wird mit einem oberen Druckwert Po verglichen und der Antrieb der Infusionsspritzen­pumpe wird abgeschaltet, wenn P den oberen Druckwert Po übersteigt. Dies ist der Fall, wenn die Infusions­leitung 15 blockiert oder abgeknickt ist.
  • Das Rechenwerk 19 führt ferner eine Differenzierung des Wertes P durch und es erzeugt ein Signal, wenn der Wert der Ableitung P′ des Flüssigkeitsdrucks einen oberen Grenzwert überschreitet. Auf diese Weise wird ein An­schlag des Kolbens 12 gegen die Spritzenbrust 14 und ein vollständiges Blockieren der Infusionsleitung 15 frühzeitig erkannt, noch bevor der obere Druckwert Po erreicht ist.
  • Bei Infusionsbeginn wird der Halter 17 in Richtung auf den Halter 16 schnell vorwärtsbewegt, bis der Flüssig­keitsdruck P einen unteren Grenzwert Pu überschritten hat. Danach beginnt die Infusion mit einer Vorschub­geschwindigkeit des Halters 17, die der vorgesehen Infusionsrate entspricht. Auf diese Weise wird mechanisches Spiel der Antriebseinrichtung des Halters 17 überwunden.
  • Bei Infusionsunterbrechung wird der Halter 17 vom Halter 16 fort so weit zurückgefahren, bis der Flüssig­keitsdruck einen unteren Druckwert unterschreitet. Auf diese Weise wird das gespeicherte Bolusvolumen, das auf die Elastizität von Spritze und Infusionsleitung zurückzuführen ist, abgebaut, ohne daß die Spritze je­doch Flüssigkeit von außen ansaugt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Infusionsspritzenpumpe, die einen festen Halter (16) und einen angetriebenen zweiten Halter (17) zum Ausdrücken einer Spritze (10) aufweist, bei welchem bei Überschreiten einer vorgegebenen Be­lastung der Spritze Alarm augelöst wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Spritze (10) auf einen der Halter (17) ausgeübte Kraft (Fk) gemessen und der Meßwert einem Rechenwerk (19) zugeführt wird und daß das Rechenwerk (19) unter Berücksichtigung der ihm eingegebenen Größen von Reibkraft (Fr) und Quer­schnittsfläche (A) der Spritze (10) den Flüssig­keitsdruck (P) ermittelt und ein Signal erzeugt, wenn dieser Flüssigkeitsdruck einen oberen Druck­wert (Po) überschreitet.
2 .Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk eine zeitliche Differenzierung des Flüssigkeitsdrucks ausführt und ein Signal erzeugt, wenn der Wert des Gradienten des Flüssig­keitsdrucks einen oberen Grenzwert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der angetriebene Halter (17) nach dem Einschalten schnell vorgefahren wird, bis der Flüssigkeitsdruck (P) einen unteren Druckwert (Pu) überschreitet, und anschließend mit einer der vor­gesehenen Infusionsrate entsprechenden Geschwindig­keit weiterbewegt wird.
4. Verfahren anch einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß bei Infusions­unterbrechung oder -abschaltung der angetriebene Halter (17) zurückbewegt wird, bis der Flüssig­keitsdruck (P) einen unteren Druckwert unter­schreitet.
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